首頁 > 氣候變遷–以古為鑑:珊瑚–記錄大自然的光碟片
:::

氣候變遷–以古為鑑:珊瑚–記錄大自然的光碟片

珊瑚就好像是大自然的光碟片,燒錄著豐富精細的環境訊息,只要經過適當的分析儀器解密,便能忠實地重現過去的氣候紀錄。
 
 
 
近年來,氣候的變化愈來愈不尋常,你是否有這樣的疑問:氣候的異常是自然現象嗎?還是與人類活動相關呢?為了了解現在並預測未來的氣候趨勢,一個非常重要且必須做的工作就是充分了解過去的氣候型態和特性,洞悉大自然的規律與法則,方能在詭譎多變、難以掌握的「不測風雲」中找出脈絡,擬訂因應之道,為人類的未來去凶解厄。

然而,百年來的實測氣象資料顯然不足,而歷史文獻的記載又大多是零星且定性描述或語焉不詳;於是科學家想出了變通辦法,利用各種天然紀錄器:如冰川、黃土、湖泊或海洋沈積層、樹木年輪、珊瑚、洞穴鐘乳石等,以揭露過去環境變化的神祕面紗。

珊瑚生態特性

在眾多古環境變遷研究中,珊瑚是很好的探討材料之一,主要原因有三:一、珊瑚在海水中生長時,會將周遭環境的變化詳盡地記錄在碳酸鈣骨骼中;二、珊瑚主要生長範圍在溫度約攝氏18~30度,深度僅十幾公尺的淺海中,遍布在南北緯30度內的溫、熱帶海洋;三、因為珊瑚生長快速,每年可達數公分,且生命期往往超過一世紀。這種生長條件,使得位於海陸交界、寬廣邊緣海域生存的珊瑚,記錄著海洋及陸地變遷的訊息,故可提供連續數百年間,具有月甚或星期的細微解析度氣候紀錄。此特性在時間及空間上彌補了監測儀器的不足,並提供高解析度的中低緯度氣候與環境資料。

珊瑚群體有著多樣的外貌,如條狀、分枝狀及葉片狀等,而團塊狀的微孔珊瑚是古氣候學家最鍾情的種屬,在墾丁和綠島附近海域,每年可以生長一公分以上。在適合的溫度、鹽度、營養及潮浪條件下,單一群體的珊瑚蟲可藉無性生殖不斷繁衍,發育三、四百年後,往往大小接近一層樓高,猶如希臘神話中的巨石,或是放大數十倍的鋼盔一般。

科學家為了取得這種長期連續材料,常須潛入海中鑽取珊瑚岩芯,利用岩石鋸機切片,經過適當的清洗再用微切割技術,以厚度僅0.13公厘的超薄鋸片進行小標本取樣,每個小標本厚度可小於一公厘,相當於二至四星期的珊瑚生長時間。若年平均成長速率以一公分計算,一公尺的珊瑚岩芯標本可提供百年的古氣候資料。目前所知,綠島海域十二公尺高現生的世界上最大的單一微孔珊瑚群體「大香菇」,很可能已經記錄了一千年以上周遭海域的滄桑歷史。

天然氣候紀錄器

一般而言,珊瑚可用來監視開放性大洋或區域性海岸的水文變化,而這些變化則是追蹤環境氣候變遷的重要線索。以下試舉數例說明珊瑚在環境變遷研究上的應用。

溫度

海洋表面水溫是一個重要的水文性質,關係著水氣交換、能量傳輸、大洋環流、全球變遷等,而珊瑚骨骼中的一些微量元素及同位素可以提供此一資料。例如海水溫度每升高攝氏1度會造成正在成長的骨骼中的鍶元素減少0.8 %,鎂元素增加 3 %,鈾元素減少5 %。換句話說,珊瑚就是一支天然的溫度計,只要分析骨骼中的一些相關元素含量,就可以推知過去海水溫度。

自七○年代以來,普遍認為熱帶海面水溫在冰期與間冰期之間並無明顯變化,最多不超過攝氏2度。但一九九四年美國哥倫比亞大學基德生(T. P. Guilderson)等人發表一項驚人的研究結果,他們分析了兩萬年來赤道大西洋西部加勒比海巴貝多島附近,各時期微孔珊瑚化石中的鍶元素含量,發現上一次冰河時期熱帶海洋表面水溫可能比現代低約攝氏4~6度。此結果對傳統認知提出質疑及挑戰,引起十年來地球科學界對於冰河時期的氣候型態及冰期與間冰期的演變模式高度重視。

二○○二年, 澳洲國立大學高更(M. K. Gagan)及其研究小組鑽取大堡礁附近七個海域的現生微孔珊瑚岩芯標本,分析鍶及鈾的含量,重建了自十七世紀以來澳洲東北海域的海表水溫變化。發現一七○○年以前及一九○○到一九五○年間,當地海表水溫較現在低攝氏1~2度;目前則處於四個世紀以來的最高溫,且未來水溫有持續攀升的趨勢。這些資料不僅對當地的水文環境變化有進一步的了解,對全球近代海洋循環及氣候變遷模式也提供了相當重要的訊息。

海面高度變化

海水面高度主要受到全球冰河體積的大小及區域地殼升降運動影響,會造成陸地面積、海岸地形、洋流路徑及生態結構等的改變,是環境變遷的一項重要因子,而珊瑚恰是相關研究的好材料。一個著名的例子是美國哥倫比亞大學費爾邊克(R. G. Fairbanks)教授及其研究群於一九八八年在加勒比海,西印度洋群島東端的巴貝多島鑽取珊瑚化石,尋找一種大西洋特有的軸孔珊瑚化石(Acropora palmata)在地層中出現的相對位置,以重建古海水面高度變化。因為這種軸孔珊瑚只生長在淺於五公尺的海表水中,故它出現的地方,便代表著當時海水面的位置。研究發現,自兩萬年前冰河時期以來,有相當約四十分之一海水量的冰,因氣候回暖而融解流入海洋,使海水面上升120公尺。

臺灣海峽的深度不超過一百公尺,也就是說,在兩萬年前海峽是不存在的,當時臺灣與大陸相連在一起。當氣候由寒冷的冰期轉變為溫暖環境時,海水面大約以每千年十公尺的速率上升,海水漸漸流入低窪地,臺灣海峽上的陸地面積慢慢縮小,直到六千年前才演變成如今的景觀。

環境污染

過去的觀念總以為大洋是一個巨大的調節機,可以將人類文明的污染產物加以稀釋及「消化」,不會造成環境問題。不幸的是,海洋水質日益惡化,尤其以人口密集的沿海地區更為明顯。全球性的溪流、港灣及海洋的重金屬污染問題,隨著經濟的成長而日益嚴重。一九四五年第一次核子試爆以來,各種人為放射性核種,如鍶90、銫137、鈰144等, 污染已遍布各大洋中。這些因人類活動對大自然所造成的污染及傷害,被海水中成長的珊瑚一五一十地記錄下來,只要量測骨骼中的成分變化,便可重建污染的趨勢軌跡,協助環境政策的制定及執行。研究顯示利用百慕達珊瑚骨骼中鉛的含量,發現自一八八○年起美國東南海域隨著工業的起飛,引發嚴重的鉛污染,直到一九七○年後美國逐漸停用加入汽油中的烷基鉛,情況才得以改善,此即一例。
推薦文章